随着科学技术的发展,现代生物学等相关学科已经把操控分子级别的生物样品作为研究重点,例如改造染色体、体外受精等,一般的操控方式的精度达不到要求,出现了更为先进的微流控技术。其中,利用光学力的方式来操控粒子的微流控技术被称为光镊。传统远场光镊通过一束高度汇聚的激光来操控一个或几个粒子,由于其存在衍射极限,无法操控尺寸小于微米的粒子。近场光镊通过倏逝场的剧烈梯度变化,可以一次处理大量纳米级别的粒子,且其芯片结构和硅光器件类似,方便将各种功能不同的芯片进行集成,通过设计特定介质波导结构、金属纳米结构等,可以在芯片中实现对纳米粒子的各种操控功能,包括捕获、传输、分拣、存储等。本文主要研究了基于介质波导的近场光镊捕获布朗粒子的理论。我们根据布朗粒子和势阱的相对运动引出了有效势阱的概念,利用Fokker-Planck方程和首次逃逸时间模型,在非周期势阱中推导了布朗粒子的稳态分布和非周期势阱对其捕获时间,在周期势阱中推导了布朗粒子的平均速度、周期势阱对其捕获时间和扩散系数随周期势阱速度变化关系,得到了布朗粒子被周期势阱捕获的实时分布。关于理论部分的数值计算验证,我们根据粒子做布朗运动时的实际分布将布朗运动简化为随机布朗力,联合光梯度力、光散射力和粘滞阻力得到粒子的运动方程,对粒子位移随时间的变化进行数值计算。我们也在介质波导上设计和完成了捕获粒子的实验,从另一个方面来验证理论。首先,在芯层为掺杂玻璃的直波导和自锁谐振环结构上成功捕获、传输及存储3μm的聚苯乙烯粒子,对粒子的平均速度和波导中光功率的关系以及粒子能否从直波导上跳跃到环形波导上进行理论和实验的拟合比较。其次,根据理论中得到的周期势阱中粒子的实时分布,利用分束器将激光同时输入芯层为硅的波导的两端,分别在直波导、谐振环以及自锁谐振环结构上形成驻波,控制相位调制器上所加的电压使驻波以一定速度移动,设计了对称驻波传输粒子和非对称驻波分拣粒子的实验。综上所述,本文主要研究了基于介质波导的近场光镊中布朗粒子的运动。根据有效势阱,得到粒子在非周期势阱中的稳态分布和在周期势阱中的实时分布,在芯层为硅的波导上设计了对称驻波传输粒子和非对称驻波分拣粒子的实验;讨论研究了势阱对粒子的捕获时间,它可以直接明了的表示势阱的捕获能力;在芯层为掺杂玻璃的直波导和谐振环上实现了捕获、传输和存储直径3μm的聚苯乙烯粒子。这些研究对于近场光镊捕获布朗粒子理论的完善和光流控芯片操控功能的应用有着重要意义。